日本產業技術綜合研究所（簡稱「產綜研」）開發出了利用奈米碳管（CNT）與次氯酸化合物的化學反應，從含CNT的工業廢水中簡單高效地去除CNT的方法。
利用次氯酸化合物（NaClO）從含CNT的廢液中輕鬆去除CNT
將CNT等奈米碳材料應用於工業領域時，如何確保相關製造工藝的環保性和安全是一大課題。此前一直沒能確立從含CNT廢水中簡單去除CNT的方法，成爲阻礙CNT不織布和分散液在工業領域應用的主要因素。此次開發的技術有助於實施以低成本對含CNT廢水進行工業處理的方法，透過防止CNT暴露於環境中，有望爲隊形變換安全放心的CNT產業做出貢獻。
此次開發的技術是用次氯酸和次氯酸化合物對CNT進行氧化和分解。在濃度分別爲5mg/L、50mg/L、100mg/L的單層CNT（SWNT）和多層CNT（MWNT）水分散液中添加次氯酸鈉水溶液（1.25％），使之在37℃的溫度下發生反應。在各種濃度的分散液中，最初因存在CNT而呈黑色的溶液均逐漸變淡，96小時後全部變成透明色（圖1）。利用光吸收法定量測量溶液中CNT濃度的結果顯示，CNT會隨時間的流逝減量，最後基本變爲零（圖2）。
圖1：添加了次氯酸鈉溶液的CNT水溶液的顏色隨時間變化情況
（a）5、50、100mg/L的SWNT溶液，（b）5、50、100mg/L的MWNT溶液
圖2：利用次氯酸鈉處理後，測量700nm波長吸亮度的時間變化
（a）5、50、100mg/L的SWNT溶液，（b）5、50、100mg/L的MWNT溶液
另外，產綜研還針對工業用CNT分散液，將利用不同界面活性劑分散的3種CNT分散液與次氯酸鈉水溶液混合，使之發生反應，應答可以徹底去除CNT。這項技術的工藝非常簡單，只需將含CNT的廢液與次氯酸化合物溶液混合，静置於合適的溫度下即可，適用於CNT製造工廠、加工工廠和研究機構等。
爲應答利用該技術處理後的CNT廢水能否安全排放，產綜研調查了處理後的殘液中的成分。首先透過加熱去除殘液中的次氯酸鈉，並測量總碳含量，碳含量低於檢測限（4μg/L）。接下來，在殘液中少量添加氯化鈣，殘液顏色立即變得渾濁發白，表示含有碳酸離子（CO3-2）。然後用鹽酸中和殘液，並利用SEM或EDS（掃描型電子顯微鏡觀察或能量色散型X射線光譜法）進行元素映射，應答殘液中僅存在鈉（Na）離子和氯（Cl）離子。根據以上結果可以認爲，利用次氯酸鈉徹底分解了CNT，生成了無害的鈉離子、氯離子和碳酸離子（圖3）。
圖3：利用次氯酸鈉（NaClO）分解CNT的反應方程式
另外，此次使用的次氯酸鈉的濃度低於家用漂白劑等的次氯酸鈉濃度，處理後的殘液即便含有未發生反應的次氯酸鈉的，也能作爲普通廢水排放（大量排放時要作爲工業廢棄物處理）。
文 JST客觀日本編輯部
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